От секунды до года: 3. Эхо землетрясений

Распространение сейсмических волн в толще Земли. Изображение с сайта krugosvet.ru

Землетрясения относятся к той группе природных явлений, отголосок которых ощущается по всей планете. Если человек чувствует дрожание почвы лишь недалеко от эпицентра, то чувствительные датчики колебаний — сейсмометры — способны уловить эхо землетрясений, произошедших на противоположной стороне глобуса. Распространение сейсмических волн в толще Земли — это огромный раздел геофизики и бесценный источник информации о глубинном строении Земли. Именно благодаря им геофизики выяснили, где находятся границы раздела земной коры, мантии и ядра, а также изучили физические условия во всех этих средах.

Нас здесь интересует только один простой вопрос: сколько примерно времени требуется сейсмической волне для того, чтобы добежать до противоположной стороны Земли? В качестве опорного расстояния мы берем диаметр Земли, а в качестве скорости — типичную скорость звука в сплошном веществе (несколько км/с). Оценка времени дает

t  =   13 000 км   ≈ 1–2 часа.
несколько км/с

Конечно, это очень примерная оценка. Реальное время прихода волн зависит от упругих свойств земных недр и от типа волн, а также от их траектории, ведь она вовсе не прямолинейна! Но общий масштаб времен это число передает хорошо.

Землетрясение, произошедшее в океане, может породить и волны другого типа — цунами. Обычно цунами изображают в виде волны огромной высоты, которая поднимается из моря и обрушивается на берег. Но так оно выглядит, лишь когда доходит до берега, а в открытом океане цунами совершенно безобидно. Там оно представляет собой этакий водный горб длиной в сотни километров и высотой всего в сантиметры, который быстро перемещается по океану. На фоне обычных морских волн такое вспучивание совершенно незаметно, но в этом как раз и заключается его опасность. Пока цунами невидимкой бежит в океане, спутниковые наблюдения не позволяют его заметить и тем более сказать, сильное оно или слабое. Единственное, что сейчас удается сделать за то время, пока волна бежит через океан, это успеть промоделировать на суперкомпьютере распространение цунами и предсказать его высоту при выходе на то или иное побережье.

Знаменитая гравюра японского художника Кацусики Хокусая «Большая волна в Канагаве» с изображением цунами. Изображение с сайта ru.wikipedia.org

H — глубина океана Это подводит нас к вопросу: а сколько времени, собственно, бежит цунами через океан? Какова его скорость? Эта скорость, оказывается, зависит от глубины океана и выражается очень простой формулой. В открытом океане, глубина которого составляет несколько километров, эта формула дает оценку примерно 200 м/с — что очень неслабо, ведь это сравнимо со скоростью авиалайнера! Если землетрясение произошло, например, у берегов Японии и мы хотим выяснить, когда оно ударит по побережью Южной Америки, нам надо поделить размер Тихого океана на эту скорость:

t  =   10 тыс. км   = 50 000 с ≈ полсуток.
200 м/с

Моделирование распространения японского цунами 11 марта 2011 года по Тихому океану. Цветом показана высота волны. Малозаметные серые линии, помеченные временными метками, — положение фронта волны спустя определенное время (в часах) после землетрясения. Изображение с сайта nctr.pmel.noaa.gov

Реальное время чуть-чуть побольше, около 20 часов, и это связано с тем, что волна вначале какое-то время идет с гораздо меньшей скоростью по мелководью и разгоняется, лишь когда выходит в открытый океан. Но это вычисление дает нам правильную оценку масштаба того времени, которое есть в запасе у физиков для того, чтобы с помощью моделирования предсказать силу цунами. Чуть подробнее о других свойствах цунами и о методах их наблюдения см. в заметке Физика цунами.


Астероид-убийца Искусственные спутники Земли

Оставить комментарий